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01/09/
Métodos de preservación térmicos
y no térmicos
María Marcela Martínez Miranda
Bacterióloga y laboratorista clínico
M. Sc. Microbiología
Dpto. Ingeniería
Universidad de Caldas
Deterioro de alimentos
Un alimento es considerado deteriorado cuando
pierde sus cualidades de aceptación
Tiempo de almacenamiento de algunos alimentos
frescos en condiciones atmosféricas normales
Causas del deterioro de alimentos
• Mecánicas Golpes, lesiones por presión del
empaque, roturas, etc.
• Físicas Temperatura, humedad,
aire y oxigeno, luz y pH.
• Químicas Rancidez, Oxidación y reducción
pardeamiento no enzimático,
pérdida de nutrientes.
• Microbiológicas Crecimiento de microorganismos,
producción de toxinas.
A l t e r a c i ó n d e
a l i m e n t o s
Conservación de alimentos
Todas las acciones
tomadas para prolongar
la “vida útil” de los
alimentos, de forma
que mantenga en grado
aceptable su calidad,
tanto higiénica y
nutricional como
sensorial y tecnológica.
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“Vida útil”
Da una idea del
tiempo que unalimentos
permanece útil
para el consumo
antes de volverse
desagradable o
nocivo.
Métodos de control de
microorganismos en alimentos
1. Control de acceso de
microorganismos.
2. Remoción física de losmicroorganismos.
3. Prevención o reduccióndel crecimiento demicroorganismos ygerminación de esporas.
4. Muerte de célulasmicrobianas y esporas.
Métodos de conservación dealimentos
Inhibición
•Mantenimiento a bajastemperaturas
•Reducción de la Aw
•Disminución del oxigeno
•Incremento del dióxido decarbono
•Acidificación
•Fermentación
•Adición de preservativos
•Congelación
•Cubiertas superficiales
•Modificaciones estructurales
•Modificaciones químicas
•Remoción de gas
Eliminación
•Centrifugación
•Decantación
•Filtración
Inactivación
•Esterilización
•Pasterización
•Radiación
•Pulsoseléctricos
•Tratamientocon presión
•Cocción
•Freído
Evitarre contaminación
•Envasado
•Procesadohigiénico
•Almacenamientohigiénico
•Procesadoaséptico
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Métodos convencionales
Demandas de los consumidores
Alimentos de mejor calidad.
Más nutritivos.
Menos “químicos”.
Más frescos.
Más “naturales”.
Más seguros.
Innovaciones en el procesamiento
térmico de alimentos
Calentamiento óhmico
Radiofrecuencias
Microondas
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Calentamiento óhmico
Se produce cuando una
corriente eléctrica pasa
a través de un alimento,provocando la
elevación de la
temperatura en su
interior como resultado
de la resistencia que
ofrece al paso de la
corriente eléctrica.
Efectividad del calentamiento óhmico
• Depende de la densidad, el tamaño,el calor específico y la forma de losalimentos, así como la concentraciónde las partículas en alimentos
particulados.
• La velocidad de calentamiento esdirectamente proporcional a laintensidad del campo eléctrico y a laconductividad eléctrica del alimento.
• Los alimentos deben ser conductorespero no demasiado.
• Los valores óptimos de conductividada 20°C se encuentran en el intervalo0.01-10 siemens/m.
Ventajas del calentamiento óhmico
• Se obtienen productos con
adecuadas características
microbiológicas, organolépticas
y nutricionales bajo condiciones
de escaso ensuciamiento y en un
mínimo espacio.
• Se puede aplicar a un amplio
rango de alimentos.
• Costes de operación:
calentamientos en los que un
95% de la energía se transformaen calor, mientras que en un
calentamiento con microondas
suele ser un 70% como máximo.
Aplicaciones del calentamiento
óhmico
• Escaldado
• Pasterización
• Esterilización
• Descongelación
• Evaporación
• Deshidratación
• Fermentación
• Extracción
Esterilización en flujo continuo de
frutas, zumos de frutas, sopas,
salsas o huevo líquido*
Calentamiento por altas frecuencias
• Las altas frecuencias son las ondas electromagnéticas
comprendidas entre 30 kHz y 30 GHz
– Radiofrecuencias: ondas entre 30 kHz y 300 MHz
– Microondas: ondas entre 300 MHz y 30 GHz
• El calentamiento de alimentos se produce por la
agitación de las moléculas polares del propio
alimento (molécula de agua).
Calentamiento por radiofrecuencias
• El calentamiento se produce
por la conversión directa deenergía eléctrica en calordentro del propio alimento.
• Las moléculas de agua(polares) presentes en elalimento oscilan muyrápidamente produciendofricciones y en consecuenciacalor.
• La energía eléctrica laproporciona un campoeléctrico de alta frecuenciaentre las placas de uncondensador.
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Frecuencias aceptadas
• Existe un número bajo de frecuencias acordadas yreconocidas internacionalmente empleadas para elcalentamiento por radiofrecuencias.
• Se conocen como Industrial Scientific and Medical Bands(ISM)
Ventajas y desventajas del calentamiento del
calentamiento por radiofrecuencias
Aplicación en la industria
• Descongelación del pescado: Acelera el proceso dedescongelado mientras que todavía se mantiene el controlde la distribución de la temperatura en el producto.
• Pasteurización: Alternativa a la clásica realizada con agua yvapor.
Calentamiento mediante microondas
• Las microondas son unaforma de emisión deenergía electromagnéticade frecuencia no ionizanteque se transmite en formade ondas.
• Estas ondas cuandopenetran en el alimentos,producen la activación delas moléculas de agua quetransmiten calor por
fricción a los tejidoscontiguos.
Factores que afectan el calentamiento
por microondas
Inactivación de microorganismos por
el uso de microondas
1. Inactiva los microorganismos por calor através de mecanismos como desnaturalización
de enzimas, proteínas, ácidos nucleicos y
ruptura de membranas.
2. Efectos no térmicos “pasterización fría”:
calentamiento selectivo, electroporación,
ruptura de membrana celular.
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Ventajas y desventajas del
calentamiento por microondas
Ventajas
• Para tratamientos de pasterizacióny esterilización son mas rápidos yrequieren menos tiempo paraalcanzar la temperatura deseada.
• Producen un calentamiento másuniforme que los tratamientosconvencionales.
• Son sistemas que puedenencenderse y apagarse de formainstantánea y el producto puederecibir el tratamiento térmicodentro del envase.
• Desde el punto de vista energéticopueden ser mas eficientes que lossistemas de calentamientoconvencional.
Desventajas
• Penetración del calentamiento
limitada a unos pocoscentímetros.
• La uniformidad del calentamiento
depende de múltiples factores.
Ventajas de los métodos NO
térmicos
1. Cambios mínimos en lacalidad del alimento.
2. Mínima pérdida desabores y nutrientes.
3. Sabor a “fresco”.
4. Gasto energéticoreducido.
5. Desarrollo de nuevosproductos.
Altas presiones
• Basado en la compresión delagua que rodea al alimento.
• Presión uniforme dentro delintervalo 4.000-9.000 atm.
• Inactivación de enzimas ymicroorganismos.
• Disminuye el tiempo deprocesado.
• No modifica el sabor y elaroma.
Hay actualmente dos procedimientos:
La presión dinámica• El incremento de presión se origina en un tiempo muy
corto (milésimas de segundo) como consecuencia deuna explosión que genera una onda de choque (> 100MPa), denominada onda de choque hidrodinámica.
La presión estática
• Se basa en someter a un producto a elevados niveles depresión hidrostática (100-1000 MPa) de forma continuadurante un cierto tiempo (varios minutos).
Alta Presión Hidrostática (APH)
• Tecnología con la quese tratan los alimentosa presiones entre los100 y 1000 MPa.
• La presión aplicada setransmite uniforme einstantáneamente atodos los puntos delalimento.
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Los equipos de APH empleados en el procesado
de alimentos están formados por:
• Una cámara de presurización (cilíndrica de acerode elevada resistencia).
• Un generador de presión (generalmente unsistema de bombeo constituido por una bombahidráulica y un sistema multiplicador de presión).
• Un sistema de control de temperatura.
– En la actualidad existen equipos de funcionamientodiscontinuo (los más utilizados) y semicontinuos.
Equipos de APH
Equipos de APH Equipos de APH
Los efectos de las APH sobre los
microorganismos son:
1. Disminución de la síntesis de ADN.
2. Aumento de la permeabilidad de las membranas celulares.
3. Desnaturalización de biopolímeros y proteínas, incluidainactivación de enzimas, por cambios en la estructuraintramolecular (>300 MPa).
4. Cambios morfológicos (toleran hasta 200-300 Mpa).
5. Inactivación de esporas a 1000 Mpa
Efectos principales de los tratamientos de APH en
los alimentos
Presión (MPa) Efectos
> 200 MPa
Influencia sobre la cinética enzimática
Modificación e las propiedades físicas de las proteínas
Alteración de la membrana de los microorganismos
> 300 MPaInactivación enzimática irreversible
Muerte de los microorganismos
> 400 MPaGelificaciónde los almidones
Desnaturalización de las proteínas
> 500 MPaMuerte de las esporas bacteriana
Inactivación de las enzimas
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Ventajas de la APH
Evita la deformación de los alimentos.
No produce deterioro de nutrientes
termolábiles.
No se altera el color natural, ni la
coloración del alimento.
No produce residuos, energía limpia.
No precisa la incorporación de aditivos al
alimento.
Mejora o provoca la aparición de
propiedades funcionales en los alimentos.
Tiene poco gasto energético.
Desventajas de la APH
El alto coste del equipo.
No se pueden diseñar
procesos continuos con losequipos actualmentedisponibles en el mercado.
Imposibilidad de aplicaciónen algunos alimentos.
La desconfianza delconsumidor a decidirse acomprar un productopresurizado.
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Campos eléctricos pulsados de alta
intensidad (CEPAI)
Se basa en la propiedad que tienen los alimentos fluidos,que están compuestos principalmente por agua ynutrientes como vitaminas, triglicéridos y minerales, de ser
muy buenos conductores eléctricos debido a las altasconcentraciones de iones que contienen y a su capacidadde transportar cargas eléctricas.
Factores
determinantesCEPAI
Efectos de CEPAI sobre los
microorganismos
1. Alteración o destrucción de
la pared celular
2. Formación de poros en la
membrana celular
(electroporación)
3. Incremento de la
permeabilidad
4. Destrucción celular
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Aplicaciones del CEPAI
Pasterización de zumos de frutas y
huevo líquido.
Mejora de los procesos demarinado y salazonado.
Mejora del proceso de
deshidratación.
Extracción de azúcar de remolacha
y colorantes alimentarios.
Mejora de la calidad de los mostos,
al reducir el tiempo de maceración
e incrementar el color de los vinos.
Campos magnéticos oscilatorios
(CMO)
Supone el envasado de un alimento en una bolsa de plástico y
someterle a 1-100 pulsos en un campo magnético oscilatorio
con una frecuencia entre 5 y 500 kHz a 0- 50 °C con untiempo total de exposición en el rango entre 25 μs a 10 ms.
Efecto conservador de CMO
El efecto conservador se debe,
fundamentalmente, a dos fenómenos:
– La ruptura de la molécula de ADN y de ciertas
proteínas.
– La rotura de enlaces covalentes en moléculas con
dipolos magnéticos.
Factores determinantes de CMO
Aplicaciones de CMO
• Los alimentos más idóneos para someterse a esteproceso de conservación son: zumos,mermeladas, frutos tropicales en solucionesazucaradas, derivados cárnicos, productoscocidos, envasados y listos para su consumo.
Ventajas de CMO
Mínima desnaturalización térmica de las proteínas.
Reducidas necesidades energéticas.
Tratamiento de alimentos en envases flexibles para evitar la
contaminación post-proceso.
Inactivación de microorganismos.
Aplicable a superficie e interior de alimentos sólidos.
No hay pérdidas de nutrientes ni cambios sensoriales: baja
temperatura.
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Pulsos de luz (PL)
Se trata de una técnica que
aplica, de forma sucesiva,
pulsos o destellos de luzcon un espectro entre el
ultravioleta y el infrarrojo
próximo con una duración
muy corta, lo que provoca
que la energía transmitida
sea muy intensa.
Existen dos procesos de PL
• “Pure Bright”
–Utiliza rayos de luz de corta duración en el espectroamplio de luz blanca para matar un amplio número demicroorganismos incluyendo esporos y hongos.
• “Cool Pure”
– Utiliza múltiples pulsos de corta duración y camposeléctricos pulsantes de alta intensidad para inactivarlos microorganismos en los alimentos transportadospor tuberías.
Aplicaciones de PL
• Esta tecnología se aplica mayoritariamente en laesterilización o reducción de la población microbianaen las superficies de los materiales de envasado yprocesado así como en alimentos.
• Reducen o eliminan el empleo de desinfectantes yconservantes químicos.
• Esta tecnología de conservación se puede aplicar enmejorar la calidad y seguridad de los productos cárnicos,
pesqueros así como hortalizas, frutas y platos depreparacióncon un mínimo procesamiento.
Radiaciones ionizantes
• Se somete un producto a la radiación electromagnética de
una haz de electrones de energía suficiente como para
romper los enlaces químicos (radiólisis).
• Intensidad de radiólisis depende de:
– Alimento
– Condiciones del procesado
– Dosis de radiación absorbida
La intensidad absorbida por un alimento no debe
exceder los 10 kGy (Codex Alimentarius)
Rayos X
Rayos gamma
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Tipos de radiación
• Radapertización (25 a 45 kGy)
– Reduce el nivel de microorganismos a nivel de esterilización
esterilización. Se estima una reducción del 99 % de losmicroorganismos (excepto los virus) en el alimento tratado.
• Raditización (2 a 8 kGy)
– Reduce el nivel de organismos patógenos no esporulados, incluyendo
parásitos, hasta un nivel no detectable por cualquier método.
• Radicidación (0.4 a 10 kGy)
– Alarga la vida útil de los alimentos mediante la reducción de los
microorganismos.
Ventajas e inconvenientes de la irradiación de
alimentos
Ventajas Inconvenientes
Evita el uso de tratamiento químicos. Pérdida de vitaminas A, B1, E.
Puede aplicarse a los alimentoscongelados, enlatados, precocinados,etc.
No puede ser utilizado para todos losproductos.
Es específico y único para desactivarcierto tipo de microorganismospatógenos.
No destruye toxinas de origenbacteriológico y no desactiva enzimas.
Aumenta los aspectos sanitarios yreduce potencialmente epidemias.
Puede producir cambiosorganolépticos.
Si se utilizan las dosis mínimasefectivas y se controlan las condicionesdel proceso, se obtienen alimentos dealto valor nutricional y sensorial.
Con las dosis admitidas no sedestruyen microorganismosesporulados como Cl. botulinum
Ultrasonidos
• Ondas acústicas inaudibles de una frecuencia superior a 20
kHz.
• Para la conservación de los alimentos, son más eficaces lasondas ultrasónicas de baja frecuencia (18-100 kHz;λ=145mm) y alta intensidad (10-1000 W/cm2).
Efecto conservador del ultrasonido
Cavitación gaseosa• Generación y evolución de microburbujas en un medio
líquido cuyo tamaño aumenta miles de veces.
• Las microburbujas que alcanzan un tamaño críticoimplosionan o colapsan violentamente para volver altamaño original.
• La implosión supone la liberación de toda la energíaacumulada, ocasionando incrementos de temperaturainstantáneos y focales.
• La energía liberada, así como el choque mecánicoasociadas al fenómeno de implosión, afectan la estructurade las células situadas en el microentorno.
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Efecto limitado !!!
Aplicación encaminada a la combinación con
otras técnicas:
• Termoultrasonicación: ultrasonidos y tratamientos
térmicos suaves (<100 ºC, habitualmente entre 50 -60 ºC)
• Manosonicación: combinación con incrementos de
presión (< 600 MPa)
• Manotermosonicación: las tres estrategias de forma
conjunta
Aplicaciones en la industria
alimentaria Esterilización de mermeladas, huevo líquido, y en general, para
prolongar la vida útil de alimentos líquidos.
La ultrasonicación de forma aislada es eficaz en ladescontaminación de vegetales crudos y de huevos enterossumergidos en medios líquidos.
Ablandamiento de las carnes.
Sistemas de emulsificación y homogenización así como en lalimpieza de distintos equipos.
Ondas ultrasónicas de baja energía (100 kHz – 1 MHz) se utilizanpara evaluar las características y la calidad de diversos productos.
Tecnología de
obstáculosTecnología basada en la
combinación inteligente de
diferentes factores o técnicas
de preservación para obtener
mediante enfoques
multiobjetivos, efectos de
preservación microbiana
confiables y no drásticos sobre
los alimentos. Leistner
Fundamentos
• Un fenómeno crucial en la tecnología de obstáculos es lahomeóstasis microbiana.
• Tendencia microbiana de mantener un ambiente internoestable , uniforme y balanceado.
• Los factores de preservación actúan como obstáculos queperturban uno o más mecanismos de homeóstasis,evitando la multiplicación celular, obligándolos apermanecer inactivos e incluso provocando su muerte.
• La mejor manera de lograr la inhibición del crecimiento, o
la muerte, es perturbando deliberadamente variosmecanismos de homeóstasis de manera simultánea.
Ejemplos de aplicación de métodos
combinados
A. Procesamiento con calor bajo
B. Conservación con temperatura de baja
C. pH bajo
D. Aw baja
E. Atmósferas modificadas
F. Preservativos
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Procesamiento con calor bajo
Combinación de
tratamiento con
temperaturas <100°C y reducción
del pH (4.5) o
adición de NaCl o
NO2 no permite
que las esporas con
choque térmico
germinen.
Conservación con temperatura de baja
C. botullinum crece auna temperatura de
35⁰C y Aw de 0,95.
– Si la temperatura de
conservación se reduce a
20⁰C, se inhibe el
crecimiento de éste.
pH bajo
• C. botullinum crece a pH 7, a
37⁰C y una Aw de 0,94.
– Cuando el pH es reducido a
5,3, no hay crecimiento.
• C. botullinum produce toxina
a 16⁰C por 28 días a un pH
de 5,5
– Cuando el pH baja a 5,2, no
produce la toxina.
Aw baja
• S. aureus puede crecer a
una Aw de 0,86 y alto pH.
– No crece cuando la Aw es de
0,93 (en presencia de NaCl) a
un pH de 4,6
• S. aureus crece a 12⁰C, a un
pH de 7,0 y una Aw de 0,93
– Si la actividad de agua sereduce a 0,9, no crece.
Atmósferas modificadas
• En alimentos empacadosal vacío (N2 o CO2) seinhibe el crecimiento deaerobios y anaerobiosfacultativos, pero sepuede facilitar el deanaerobios.
– La combinación de estemétodo de conservacióncon otros factores comobajo pH, Aw o preservativosdebe usarse para controlarsu crecimiento.
Preservativos
• NaCl y BHA (hidroxibutilanisol)
actúan sinérgicamente para
incrementar la acción
antimicrobiana de sorbatos.
• Los ácidos orgánicos son
efectivos a bajo pH.
• El efecto bactericida de las
bacteriocinas puede ser
aumentado si son usadas con
ácidos.
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“El hombre que asume pocos riesgos
hará pocas cosas mal, pero muy ocas
cosas en la vida”
George Savile